Brandschutz bei gebäudeintegrierter Photovoltaik/ Building Integrated Photovoltaic (BIPV)

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1 Brandschutz bei gebäudeintegrierter Photovoltaik/ Building Integrated Photovoltaic (BIPV) Dipl.-Ing. Florian Reil TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH Am Grauen Stein, Köln, Germany Tel.: 0221/ , Fax 0221/ Internet:

2 Dank an Kooperationspartner und Förderer Currenta GmbH und Co. OHG Analytik Brandtechnologie Michael Halfmann, Frank Volkenborn Bundesumweltministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (seit 02/2011) Innerhalb des aktuellen Forschungsprojektes Bewertung des Brandrisikos in PV-Anlagen und Erstellung von Sicherheitskonzepten zur Risikominimierung FKZ A 2

3 Inhalt Einführung Brandprüfungen nach IEC BIPV: Ableitung von Zusatzanforderungen Flugfeuer und strahlende Wärme - Hintergrund zur ENV 1187 und DIN Anwendung an BIPV-Dächern Anforderung an die Unterkonstruktion 3

4 Einführung BIPV=Building Integrated Phovoltaik, gebäudeintegrierte Photovoltaik Definition nach Norm-Entwurf pren50xxx Photovoltaics in Buildings : PV- Module sind gebäudeintegriert, sofern sie mind. eine Gebäudekomponente mit entsprechender Funktion nach der Bauproduktenrichtlinie ersetzen. BIPV Gebäudeintegrierte PV Essential Building Requirements European Construction Products Directive CPD 89/106/EEC Ableitung erweiterter (bzw. bestehender) Anforderungen an die BIPV, auch im Bereich des Brandschutzes. Electro-Technical Requirements Welche spezifischen Brandschutzaspekte kann man hier Low Voltage Directive benennen? LVD 2006/95/EC 4

5 Brandprüfungen nach IEC IEC und ANSI/UL 1703 mit UL 790 (1/3) Angewandte Prüfmethoden zur Untersuchung der Widerstandsfähigkeit der PV-Module und komponenten gegen Einwirkung durch Feuer von Außen: - IEC und ANSI/UL 1703 mit UL 790 (Spread of Flame und Burning Brand) Visual inspection Preconditioning acc. to IEC / IEC Fire test (IEC) Module breakage test Insulation test Bypass diode test Component Tests Foils Ground continuity test Temperature test Partial discharge test Junction box Accessibility test Reverse current overload test Conduit bending test Terminal knockout test 5

6 Brandprüfungen nach IEC IEC und ANSI/UL 1703 mit UL 790 (2/3) Spread of Flame (Gasflamme) und Burning Brand (Holzkrippen). Prüfmethode kommt aus dem UL790 Standard - Brandprüfung für Dächer. Es können drei verschiedene Klassen geprüft werden: - Klasse A/B: Brennerleistung kw Beflammungsdauer 10 min Krippe A: 2000g, B: 500g - Klasse C: Brennerleistung kw Beflammungsdauer 4 min Krippe C: 10g 6

7 Brandprüfungen nach IEC IEC und ANSI/UL 1703 mit UL 790 (3/3) Spread of Flame test: Beflammung der Oberseite der Module Burning Brand test: Minimumanforderung für PV-Module Klasse C Kein Teil der PV-Module darf glühend oder brennend vom Teststand fallen die Flammenausbreitung darf folgende Werte nicht überschreiten : - Klasse A - 1,82 m - Klasse B - 2,40 m - Klasse C - 3,90 m die seitliche Flammenausbreitung ist begrenzt Zusätzlich In der ANSI/UL 1703: Kein Durchbrand mit Lochbildung an den PV- Modulen Kein andauerndes Mitbrennen der PV- Module beim Burning Brand Test. 7

8 BIPV: Ableitung von Zusatzanforderungen Baurechtliche Anforderungen MBO, 14: Bauliche Anlagen sind so anzuordnen, zu errichten, zu ändern und instand zu halten, dass der Entstehung eines Brandes und der Ausbreitung von Feuer und Rauch (Brandausbreitung) vorgebeugt wird und bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame Löscharbeiten möglich sind. MBO, 26: Baustoffe, die nicht mindestens normalentflammbar sind (leichtentflammbare Baustoffe), dürfen nicht verwendet werden; dies gilt nicht, wenn sie in Verbindung mit anderen Baustoffen nicht leichtentflammbar sind. 8

9 BIPV: Ableitung von Zusatzanforderungen Baurechtliche Anforderungen Normalentflammbar: Klasse B2 (nach DIN ) bzw. E (nach EN ) (für z.b. Dächer) mit Kleinbrennertest Schwerentflammbar: Klasse B1 (nach DIN ) bzw. C-s3, d0 (nach EN ) (für z.b. Fassaden) mit SBI = Single Burning Item Quelle: Currenta GmbH & Co. KG 9

10 BIPV: Ableitung von Zusatzanforderungen Baurechtliche Anforderungen Musterbauordnung (MBO) 32 - oder Bsp.: Landesbauordnung NRW: 35 Dächer - (1) Bedachungen müssen gegen Flugfeuer und strahlende Wärme widerstandsfähig sein (harte Bedachung). (2) Baunetzwissen.de: Als harte Bedachung wird die Dachabdichtung bzw. -konstruktion bezeichnet, die nach ihrer Bauart und den verwendeten Bauprodukten widerstandsfähig ist gegen Flugfeuer und strahlende Wärme. 10

11 BIPV: Ableitung von Zusatzanforderungen Baurechtliche Anforderungen Gebäudeintegrierte PV-Module sind ein nicht geregelte Bauprodukte und bedürfen daher eines Anwendbarkeitsnachweises: - eines allgemeinen bauaufsichtlichen Prüfzeugnisses (abp) - einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung (abz) - einer Zustimmung im Einzelfall Anwendbarkeitsnachweis bei Dächern (hier allg. bauaufsichtliches Prüfzeugnis) wird nach der Bauregelliste A Teil 3 Lfd. Nr. 2.8 geführt mit den Brandprüfverfahren: - DIN oder - DIN V ENV (Prüfverfahren 1) mit Klassifizierung nach EN

12 Flugfeuer und strahlende Wärme Hintergrund zur ENV 1187 und DIN (1/2) Erweiterte Prüfmethoden aus dem Gebäudebereich mit Anforderungen für Dächer: - Klassifizierung nach EN verschiedene europäische Prüfverfahren nach ENV 1187: Test methods for external fire exposure to roofs Im Bereich der Brandprüfungen für Dächer (ENV 1187) gibt es in Europa keine einheitliche Prüfvorschrift. Dach integrierte PV-Module können, abhängig vom jeweiligen EU-Land, zusätzliche Brandprüfungen erfordern. Quelle: In Plastics magazine, 2nd release,

13 Flugfeuer und strahlende Wärme Hintergrund zur ENV 1187 und DIN (2/2) Die Prüfungen unterscheiden sich: versch. Zündquellen, Dachneigungen und generelle Durchführungsarten (Prüfdauer, zusätzliche Strahlungsquellen, Windströmung). Zündquellen der ENV 1187-Prüfungen Anwendung der ENV Prüfverfahren 3, Quelle: M. Halfmann, Currenta 13

14 Flugfeuer und strahlende Wärme Anwendung bei BIPV-Dächern Die Körbe mit gestopfter Holzwolle werden bei Dächern auch auf Materialstöße gelegt. Bei PV-Modulen sind dies insbesondere Fügestellen, Dichtungen, Trauf- und Firstabschlüsse. Nach ENV 1187 Prüfverfahren 1 werden komplette Dachaufbauten bei versch. Dachneigungen geprüft - 15 für 0 20 Anordnungen - 45 für Anordnungen > 20 14

15 Flugfeuer und strahlende Wärme Anwendung bei BIPV-Dächern Fünf Typprüfungen werden laut Norm definiert, abhängig von der Lage der Dachtypen und Lage der Stöße Empfehlung für BIPV Quelle: ENV :

16 Anforderungen an die Unterkonstruktion Einflussnahme der Temperaturen Messungen haben die folgenden maximalen Temperaturen auf der Rückseite der Module bei Beflammung mit einem Holzwollekorb (DIN ) ergeben: Glas/Rückseitenfolie/Alu-Rahmen, 45 : 200 C ETFE/Rückseitenfolie/Alu-Rahmen, 45 : 125 C Glas/Glas/Alu-Rahmen, 15 : 500 C Glas/Folie/Alu-Rahmen, 15 : 160 C Glas/Folie/Alu-rahmenlos, 15 : 160 C 16

17 BIPV: Ableitung von Zusatzanforderungen Definition potentieller Zündquellen Lichtbogen an kritischen Stellen bei defekten Kontakten oder Leitungen (schematisch) Flugfeuer Wärmestrahlung Wie verhalten sich die Dachmaterialien unter dem Einfluss potentieller Zündquellen, wie z.b. direkter Brandeinwirkungen oder Lichtbögen? 17

18 Anforderungen an die Unterkonstruktion Schutzerhöhung durch Sensibilisierung Betrachtung des Anwendungs- und Anforderungsfalls Flugfeuer und strahlende Wärme Lichtbogen an defekten Kontaktstellen Charakterisierung der möglichen Belastungseinflüsse Heiße/brennende tropfende Materialien Strahlungsenergie Feuerdurchtritt Vergrößerung der betroffenen Brandstelle Ableitung von Maßnahmen zur Risikominimierung und Verhinderung der Brandweiterleitung an die Unterkonstruktion Harte Bedachung Normalentflammbar Geeignete Auswahl der Materialien und Unterkonstruktion (projektspezifisch) Risikobetrachtung kritischer Kontaktstellen und umliegender Materialien Gegebenenfalls konstruktive Erweiterungen zur Verhinderung einer Brandweiterleitung (projektspezifisch) 18

19 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit